2016年6期“雷电电磁脉冲防护及SPD选择”的问题

入门者

   据说该公式来源于IEC 62305--1:2010第 63 页上的式（E.4）～ （E.6）编成的。
   这仍仍是指的是公式的分母部分按阻抗分配原则，进行雷电流分流，没有错，是对的。但不能说明分子部分也是对的。

   对公式分子的 I ，《雷规》在第一类防雷建筑物取值为 200kA；雷电专家关象石在《建筑电气》2013年3期“对《建筑物防雷设计规范》的理解”一文中，取值为 200kA、150kA、100kA。

   I 等于入雷总电流，S1时，这对于进入SPD的雷电流计算，必须符合下列3种假设之一才成立，才有可能。

   假设1，雷电流在建筑物内不存在分流，一根引下线而来直奔SPD，0.5I入地，剩下0.5I在分母nm进行分流，这就是公式的意思。就按其假设是成立来分析。
   1.跨步电压过不了关。一条引下线的冲击接地电阻当ρ=100Ω·m时约10Ω，200kA雷电流会产生2000kV的反击电位，再按上海陈众励、程大章发表在《智能建筑电气技术》2011.6期，“上海光源工程接地技术研究”中有关的仿真分析，地面有反击电位，图11的电位分布曲线。靠近引下线接地处，电位落差很大，难于满足跨步电压的要求。
   2.接触电压也过不了关。一条引下线离地1.5m（人手臂高度）电感电位UL=（1.5x1.5）x50/0.25=450kV。考虑到人脚离入地中心0.5m（手臂长度），有一半以上跨步电位差，则手接触水泥柱或钢立柱，有隔了水泥的高电位差和接触钢立柱直接电位差等于上述2种电位差之和，超过1000kV，肯定无法满足接触电压的要求。
   3.《雷规》有关防跨步电压和防接触电压的条文必须改写，因为已与引下线的多与少无关。
   4.SPD击穿需要一定触发时间，在SPD导通前瞬间，SPD外壳在上述高反击电位差作用下，会爆炸也有可能。

   所以假设1是不存在的，不但违反了基尔霍夫定律和电流按阻抗分配原则，而且也违反了《雷规》关于防跨步、接触电压的条文精神。

入门者

  下面2种假设，是基于根据作者在《智能建筑电气技术》2011年6期“南洋酒店防雷设计方案的缺陷分析”一文中的论述：分流系数kc......，kc4达到最小，引下线之间实现均流。

   假设2，雷电流在建筑物内存在分流和均流，地梁钢筋作自然环形接地体时，均流后的所有引下线电流，流入入地结点时，有一种神奇的力，使环形接地体在雷电流作用下，变为无电阻、无电感、无电容超导物质；有一种神奇的力，使环形接地体对大地中心没有散流雷电流作用。最后得所有引下线雷电流一点无泄漏的全部汇流集中至SPD点，按公式 Iimp=0.5I/nm进行分流和分配。
   
   神奇的力存在吗？对唯心论者来说，神奇的力是存在的，雷电流流动规律由我的意志决定的，我要它怎么走，它就得怎么走。

   神奇的力存在吗？对唯物论者来说，神奇的力是不存在的，只有在睡梦中才会有的。雷电流流动规律不由人们的意志决定的。

   入门者认为，各条引下线的雷电流入地处，就是基尔霍夫定律中的一个结点，进入结点的雷电流=各输出分支回路雷电流代数和。只要有分支回路存在，不管其阻抗多大，必有支路电流存在，要分流雷电流。

   每条引下线电流入地处，只少有3条分支回路：一路通过支承平台钢筋网的冲击接地电阻直接向大地中心流散、一条向左的水平环形接地体、一条向右的水平环形接地体。水平环形接地体按接地专家的论述，必须应按分布参数电路考虑，每一小段链式电路就有一个基尔霍夫定律结点，又需分流。从而引伸出一个重要概念：冲击有效长度。

入门者

   冲击有效长度，除接地专家们在文献中提到外，《雷规》也多处出现：
   《雷规》4.2.3条：3款 （P15）
   《雷规》5.4.6条：1款 （P42）
   《雷规》附录C：C02、C03 （P64）
   《雷规》条文说明4.2.3条：3款 （P123）
   《雷规》条文说明5.4.6条：1款 （P163）

   冲击有效长度2√ρ，是区别工频接地长度的雷电的固有特性。该特性决定了所有引下线的都会流向一点是错的，只有＜2√ρ（有效长度）的引下线电流会流向一点，而且只有一小部分流向一点。

   所以假设2是不成立的，公式Iimp=0.5I/nm，I 取总雷电流是错的，脱离实际的。

入门者

   假设3，雷电流在建筑物内存在分流和均流，地梁钢筋作自然环形接地体时，均流后的所有引下线电流，流入入地结点时，有一种神奇的控制系统，不论引下线是多是少，控制它们入地雷电流一半经冲击电阻就地经散电阻流向大地中心，还有一半 0.5I，流向SPD，由公式分母nm再分流。

   如同假设2一样，必须有一种神奇的控制系统。但客观世界没有这种系统，也无法用电气原理合理的解释，也无法超越冲击有效长度的概念。所以假设3，也是不成立的，公式Iimp=0.5I/nm，I 取总雷电流是错的，脱离实际的。

入门者

   进一步分析表明，雷电流计算公式 Iimp=0.5I/nm不适合下述场所。

   1. 专设引下线，而且采用人工接地体，距墙或基础 1m 以上，若达5m以上，可近似看作2个独立接地系统了。引下线雷电流即使屋面不分流，为全电流200kA、150kA、100kA，有0.5I流向接地体，有可能吗？再假设一下，真有 0.5I进入地笼接地体，设计时，SPD会远离接地体部位，按分布参数电路分析，到底有多少雷电流到达SPD?也有可能连10A的雷电流也不到。

   2. 架空线引入雷电流， Iimp=0.5I/nm 的意义何在，0.5是什么意思，大约指架空电源线经过阀式避雷器和15m埋地段泄流后，所剩的雷电流吧！这是估算值，正确与否是未知数。分母中n在架空引入还有意义吗？电源线上的雷电流还能通过外来金属管道（水管、暖气管等）分流雷电流吗？怎么分流，电源线内的雷电流能穿透绝缘层与外来金属管道实现隔空分流吗？又得要靠神奇力，没有神奇力，是无法分流的。
   所以n没有意义，公式不适用架空线引入的雷电流计算。

   3. 还有一种A型布置接地体的建筑，防雷接地与建筑物接地是分开的，雷电流流不到建筑物接地系统。要是还用雷电流计算公式 Iimp=0.5I/nm，成“天方夜谭”式笑话了。

   

入门者

   雷电流计算公式 Iimp=0.5I/nm是按《雷规》2000版的图6.3.4-1得出的，该图与IEC 62305-4 第48页 图C.1，几乎一模一样。从IEC的图可知：接闪器、引下线与建筑物内金属网不连接的，在地面层只有2点与等电位连接板相连。这种情况只会存在专设引下线的场合，例如木结构的古建筑和后加防雷的学校建筑。

   但对于用于目前普遍采用的：损害源S1，利用立柱钢筋作引下线、B型布置（环形接地体）接地体，模型变了，该公式不能用了。所以雷电流计算公式 Iimp=0.5I/nm没有多大实用价值。

入门者

   文章在第19页论述：S1威胁时......SPD的通流容量的计算取自GB/T 21714.1-2015/IEC 62305-1:2010《雷电防护 第1部分：总则》的相关模型，该模型在国际上获得较多的认可。

   GB/T 21714.1-2015/IEC 62305-1:2010第23页 图 2  由雷电防护系统（LPS ）定义的雷电防护区（LPZ ）（参见 IEC62305-3 ）。看到没有，图中有一数据： s 防危险火花之间的间隔距离。
   IEC 62305-4 第48页 图C.1 低压配电系统 SPD 应用示例，是IEC 62305-1:2010第23页 图 2更为清晰的实际图。
   以上2图告诉我们什么呢？接闪器、引下线与地面层以上部位的金属构件不能连接，还要保持安全距离。

   相关模型就是按这种图示建的模，现在的是，接闪器、立柱钢筋引下线从屋顶开始已与建筑物金属网格连成整体了，建模条件变了，这个模型不成立了，要建符合实际的模型了。

入门者

   IEC条文摘录，供分析用。

   IEC 62305-1（中文版）第23页 图 2  由雷电防护系统（LPS ）定义的雷电防护区（LPZ） （参见 IEC62305-3 ）。
   IEC 62305-1（中文版）第24页 图 3  针对 LEMP  的防护措施所定义的雷击防护区（LPZ ）（参见 IEC62305-4）
   IEC 62305-4（中文版） 第48页 图C.1 低压配电系统 SPD 应用示例，是IEC 62305-1:2010第23页 图 2更为清晰的实际图。
   以上3种图称作----与受保护建筑物相分离的外部 LPS

   IEC 62305-3:2010 第6页 对此有专门  术语和定义  如下：
   3.3 与受保护建筑物相分离的外部 LPS External LPS isolated from the structure to be protected
        LPS 的接闪器和引下线的位置使得雷电流路径与受保护建筑物无法接触。
        注：在被分离的 LPS 内，LPS 和建筑物间的危险火花得以避免。

   “与受保护建筑物相分离的外部 LPS”的特点：雷电流直接入地时，与建筑物内部等电位网相连。对建筑物内部反击电位从进线总配电箱开始，《雷规》附录J 图J.1.2-1～J1.2-5；《建筑物电子信息系统防雷技术规范》图5.4.3-1，雷电流流向也正确了。

   由此可见，对于3.4 “不与受保护建筑物相分离的外部 LPS”，那是另一会子事了。

入门者

   IEC  62305-3（中文版） 第40页

   附录 B   雷电流流经外部导电部件和入户线路

   雷电流传导至大地时，直接或通过与它们相连的 SPD 在接地终端装置、外部导电部件和入户线路间分流。如果 If= keI 为与外部导电部件或线路相关的部分雷电流，那么 ke 取决于：

   I——与所考虑 LPS 类型相关的雷电流（见 4.2 和表 2）

   粗略近似假设雷击电流的一半流入接地系统，因而 Z 2 =Z 1 , K e 的近似值由下可得：
       ke= 1/2（n1+n2） 对外部传导部件或线路

入门者

   IEC  62305-1（中文版） 第42页

   附录 D   LPS 组成部分受雷击影响模拟的试验参数

   D.3  电流分担
   表D.3给出的参数是在雷击点上雷击电流相关的参数。实际上雷击电流入地不仅通过一个路径，某些引下线和自然导体通常出现在外部雷击防护系统（LPS）和接入保护建筑物的某些公共设施（例如水和燃气管道、电力和电信线缆等）上也提供了入地路径。对一个LPS的特定组成部分决定其实际流经电流的参数。要考虑到它是分担的电流。流经特定位置点的LPS的组成部分的电流的振幅和波型都应评定。当个别专例做评估不可能时，可以采用下述程序作电流参数的评定方法

   对外部LPS分担电流的评估，可以采用组态系数Kc（参见IEC 62305-3的附件D）的方法。 这个系数给出了外部LPS在最坏情况下对流经引下线的雷击电流的分担。

   当进入保护建筑物具有电力和电信线缆的外部导体时，电流分担的评估可以采用在 IEC62305-3附录B中的近似值Ke 和K’e 。

   上列描述针对某一特定地球路径雷击电流峰值的评估。对电流的其它参数如下：
            iP=ki
       k——电流分担系数
       kc ——对LPS外部的电流分担
        ke ——对进入保护建筑物的电力和电信线缆的外部导体部分出现时的电流分担系数（参 见IEC62305-2的附录B）


    上面提到的（参见IEC 62305-3的附件D）。IEC 62305-3的附件D 引下线中雷电流的配分，就是《雷规》附录E 分流系数kc

    真弄不明白：IEC明明提供许多计算公式，为什么还高喊，“尽可能避免对非常复杂的现象使用公式，”，这在提倡倒退，倒退到“电气原始时代”，从而达到某种目的。

入门者

   IEC  62305-1：2010（英文版） 第63页 式（E.4） ke= 0,5 / (n1 +n2 )
   IEC  62305-3（中文版） 第40页  式 ke=1/2（n1+n2）
   2式的意义相同，求的都是 ke ，结果一样 0,5 / (n1 +n2 ) =1/2（n1+n2）

   《雷规》式（4.2.4-6） Iimp=0.5I/nm，可近似化为  Iimp=（0.5/nm）· I=ke·I

   再看IEC  62305-1（中文版） 第42页 D.3  电流分担  式  iP=ki （k——电流分担系数），有什么不同？
   就是外部雷击防护系统（LPS），需考虑电流分担系数（与分流系数含义相同）k，而k必含kc 和 ke 2项。

   可见，《雷规》式（4.2.4-6）只考虑了 ke，忽略了 kc ，对吗？什么时候可忽略，什么时候不能忽略，这在《雷规》附录E中可得到答案，只有 E.0.1 “单根引下线时，分流系数为1；”时可忽略，其余所有情况都不能忽略。
   《雷规》第4.3.3条 “专设引下线不应少于2根”
   《雷规》第4.3.1条 “接闪网之间应互相连接。”，《雷规》第4.4.1条 “接闪网之间应互相连接。”。其意思很明确，不只一条引下线。

    从IEC条文说，《雷规》式（4.2.4-6） Iimp=0.5I/nm，应用也有很大局限性。

入门者

   IEC  62305-1：2010（英文版）附录E
   （根据式）  If         IF= kexI     (E.1) 可知，研究的是ke，对计算ke时，采用“50%--50%雷电流分流原则”

   怎么能代替包刮 kc 的计算，是思维错误所引起的。
   
   必须理清整体与局部的关系，局部不能代替整体。

入门者

   作者发表在《建筑电气）2011年12期上的“解读《建筑物防雷设计规范》如何选择SPD”一文，3.3 屋顶用设备的SPD一章，采用了kc，屋面分流系数kc1=0.44，经屋顶地面又分流了一次，分流系数kc2=0.15。总分流kc=kc1xkc2=0.44x0.15=0.066。

   本文作者认为：地面层进线总配电箱，不必考虑kc了，只考虑ke够了。

   屋顶层要考虑实际分流系数kc，地面层不需考虑分流系数kc，只取入地分流系数ke=0.5。如果是不同人提出的还可以理解人的认识水平不同引起，情有可愿。如果发生同一个人身上，必会引起怀疑：思维有问题了，脑子“分裂”了，左脑认为要考虑实际分流系数kc；右脑不应考虑分流系数kc，只考虑ke够了。

   入门者认为，IEC 62305-1～5，是雷电防护最权威、最详实的文件，只有全面理解这5文件，才不会犯原理性错误。

入门者

   对“反击”现象的初步理解

   进线总配电箱在雷击时，地电位产生的过电压，高于配电箱内带电体时，形成反击电位差，就叫“反击”。
   广义：只要设备的金属外壳、构架的电位，高于设备内带电体，就会出现“反击”。

   进线总配电箱在雷击时，地面产生的过电压超过配电箱额定耐冲击电压值时，会发生闪络，需要装设SPD，做瞬时等电位用

   类同进线总配箱一样，建筑物各层，尤其顶层（天面层），只要金属外壳与引下线做了等电位联接的，SI危害时，随着其电位升高，会发生与地面进线箱一样的反击客观事实，金属外壳电位与设备内带电体的电位差超过额定耐冲击电压值时，会发生闪络。而且，层次越高反击电位越大，这从公式 U=UR+UL=IRi+Lc·h·di/dt可得，楼层越高，式中h越大，U也越大，电位差也越大。
   除非外部防雷采用----“与受保护建筑物相分离的外部 LPS”----这概念只有IEC里有，《雷规》是回避不说的。